5.4. Подготовка руд к плавке.

Эта операция осуществляется для повышения производительности доменной печи со снижения расхода кокса и улучшение качества чугуна. Цель операции подготовки увеличить содержание железа в руде, шихте и уменьшить содержание вредных примесей, а также повысить однородность шихты по узковатости и химическому составу. Основными операциями подготовки является обогащение руды, дробление и сортировка, а также окускование. Дробление и сортировка применяется с целью получения кусков руды оптимальные для плавки величины. Для этого используют специальные дробилки и классификатор.

Обогащение применяют для повышения в руде железа. Этого добиваются путем удаления из руды минералом пустой породою. Для обогащения применяют промывку водой и последующую отсадку. Также применяют магнитную сепарацию (магнитные частицы руды отделяются от пустой породы). После обогащения приводят окускование с целью переработки рудных концентратов в кусковые материалы, необходимых размеров. Существует два способа окускования: окатавание и оглумерация. При оглумерации шихту, состоящую из рудного концентрата, флюса, коксовой мелочи и влаги спекают на оглумерационных машинах (температура 1300 – 1500 ⁰С). В результате из руды удаляются вредные примеси (сера и т.д.) и получается кусковые каристый материал – оглумерат.

При окатывании шихты такого же состава во вращающихся барабанах (грануляторах) приобретают форму шариков-окатышей d ≈ 30 мм. Их высушивают и обжигают при температуре 1200 -1300 ⁰С. После этого они становятся прочными и користыми. Использование огламератора и окатышей исключают отдельную подачу в доменную печь флюса и топлива.

5.5. Устройство и работа доменной печи (шахтного типа)

Доменная печь представляет собой стальной кожух, выложенный изнутри шамотным кирпичом. Рабочее производство делится (см рис.) Шихта в виде окатышей подается в засыпной аппарат, он представляет собой шлюзовую камеру с двумя клапанами, чтобы предотвратить из печи выход шлюзовых газов. При работе печи шахта опускается вниз и проплавляется, а через загрузочное устройство подается новая порция. Воздух, предварительно очищенный и нагретый, подается в печь через фурменное устройство. Воздух нагревается в специальных нагревательных устройст-

вах, представляющих собой систему каналов из кирпича. Перед подачей воздуха нагревательное устройство подается доменный газ, состоящий в основном из СО и там сжигается. В результате кирпичи нагреваются. Затем эти кирпичи отдают тепло, проходящему через них воздуху. Печь имеет два нагревательных устройства, которые включаются попеременно. Таким образом, экономится топливо.

5.6. Основные физико-химические процессы в доменной печи.

Сущность получения чугуна в доменной печи заключается в восстановление оксидов железа руды оксидом углерода, водорода и твердым углеродом с переводом пустой породы руды в шлак.

Доменная печь работает следующим образом: нагретый до 1000 0С воздух, подаваемы в печь через фурмы взаимодействует с коксом. Кокс сгорает и образует поток газов, состоящих из CO, CO₂, N₂, H₂, CH₄ и др., который поднимается вверх к калашнику, отдавая свое тепло шихте. Температура на уровне фурм достигает 1900 – 2000 0С, а на уровне калашника 300 – 400 0С. Навстречу газовому потоку опускается шихта. На уровне шахты, при температуре ≈ 570 0С начинается процесс поэтапного железа (Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → FeO → Fe). Восстановление оксидов железа газами называют косвенным восстановлением.

3Fe₂O₃ + CO↑ → 2Fe₂O₄ + CO₂↑

Fe₂O₄ + CO↑ → 3FeO + CO₂↑

FeO + CO↑ → Fe + CO₂↑

Все реакции изотермические (выделение тепла) Поэтому они идут при сравнительно низких температурах ,а именно на уровне шахты.

Восстановление оксидов железе твердым углеродом кокса называется прямым восстановлением.

3Fe₂O₃ + C → 2Fe₃O₄ + CO↑

Fe₃O₄ + C → 3FeO + CO↑

FeO + C → Fe + CO↑

Эти реакции имеют большое значение. Они являются эндотермическими (поглощение тепла) и поэтому идут при относительно высоких температурах 1100 – 1200 0C (распар). На границе распара и заплечиков, восстановленное из руды твердое железо интенсивно поглощает углерод. В результате чего температура плавления железа понижается с 1539 0C до 1200-1300 0C. Этот сплав железа с углеродом расплавляется и каплями стекает вниз. при этом дополнительно насыщаясь углеродом, марганцем, кремнием, фосфором, которые аналогично железу восстанавливаются из своих окислов, содержащихся в руде. Также насыщается серой из руды и кокса. Данный расплав является жидким чугуном. Пустая порода руды взаимодействия с флюсом - известняком и золой топлива образуют легкоплавкое соединение – шлак. Плотность шлака меньше, чем плотность жидкого чугуна, поэтому слой шлака располагается на поверхности чугуна. Жидкий шлак выпускают из печи каждый 1-1,5 час через шлаковую летку, пробив пробку специальной бурильной машиной. Чугун выпускают через каждые 3-4 часа через чугунную летку. Продукты доменной печи: передельный чугун для выплавки сталей, литейный чугун для литья,. ферросплавы служащие для раскисления стали и т.д. Побочны продукты: шлак и доменный газ. Доменный газ после очистки используют для нагрева вдуваемого впечь воздуха. Из шлака изготавливают шлаковату и цемент.